植物阴极浮床式微生物燃料电池产电及脱氮性能研究
发布时间：2022-02-10 00:52
氮磷过量排放导致的水体富营养化问题已经受到广泛关注,氮的去除对控制河道水体富营养化具有重要意义,因此脱氮成为水污染治理中的重点也是难点。作为河道的原位修复技术,生态浮床对脱氮具有一定优势,但仍然存在冬季植物生长状态较差、根系微生物活性不高、脱氮效果降低的问题,MFC产生的微电流可以促进植物在低温下生长、改善植物生长状态,进而强化浮床的脱氮效果。本研究将生态浮床和微生物燃料电池进行耦合（以下简称耦合系统）,选取风车草、金鱼藻、凤眼莲、空心菜作为阴极浮床植物,并设置空白组,探究阳极产电效能及其对脱氮效果的影响;并结合植物根系分泌能力、植物对NH4+-N的吸收动力学以及电极表面附着微生物的酶活性分析,阐明系统的产电性能、揭示强化脱氮机理。主要研究结果如下:（1）在相同运行条件下(进水COD浓度为100mg·L-1,NH4+-N浓度为30mg·L-1,HRT=2天),种植植物可以使系统内阻降低21.23%-67.66%（相比于空白组）,阴阳极电子传递效率得到提高,...
【文章来源】：东南大学江苏省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线
第二章试验装置和方法7第二章试验装置和方法2.1试验装置如图2-1所示，阴极和阳极面积均为30cm×30cm，材质为两片石墨毡之间加一片不锈钢网，两极间距为10cm。导线采用“纳鞋底”的方式穿过石墨毡，并从石墨毡中心引出，阴极石墨毡厚度为2mm，采用空气阴极。阳极石墨毡厚度为10mm。阴阳极导线之间连接500Ω电阻，植物栽种在阴极上方，风车草茎部需固定，浮床采用PVC管制作，尺寸为35×35×30cm，水箱为PVC材质，尺寸为46.5×56.5×30cm。排水口高度与液面相同，取水口设置在距离装置底部1/3和2/3处。图2-1为本试验装置结构图，图2-2为本试验装置实物图。图2-1试验装置示意图
东南大学硕士学位论文8图2-2试验装置实物图2.2试验材料与仪器2.2.1试验材料试验采用的植物包括风车草、金鱼藻、凤眼莲、空心菜，电极采用石墨毡包裹不锈钢网片，外电阻500Ω，导线采用直径0.5mm钛丝，浮床框架采用PVC管搭建。试验用污泥取自江宁开发区污水处理厂二沉池，污泥初始浓度（MLSS）约42.5g·L-1。污泥分为两部分，接种至各系统阴极的污泥要进行为期一周的曝气饥饿处理，接种至各系统阳极的污泥要进行为期一个月的厌氧消化。2.2.2反应器运行条件反应器共设5组装置，装置采取人工挂膜的方式启动，启动阶段采用序批式进水，待装置启动成功后采用连续流进水，水力停留时间为2天。将凤眼莲均匀地布置在浮床上，随着运行时间的延长，植物会均匀生长在浮床上；对于风车草，需要在网片的网眼上插入植物；采用空心菜作为浮床植物时，先将购买的空心菜种子播种在土里育苗，等菜苗长到5cm再移栽至浮床上；金鱼藻直接放置于阴极上表面。不同植物组装置植物覆盖率均在80%左右。参考Yan等[39]利用单室MFC脱氮，在C/N比为3时COD去除及脱氮效果最好，人工配水水质C/N比确定为3.3。COD采用无水葡萄糖配制，NH4+-N采用氯化铵配制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]嗜碱盐单胞菌X3中异化型硝酸盐还原酶编码基因簇的功能验证及蛋白结构预测[J]. 王越,李秋芬,张艳. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]国内生态浮床原位修复复合强化技术研究进展[J]. 辛在军,魏国汶,姚忠,江成,吴永明. 北方园艺. 2019(03)
[3]Relationship between electrogenic performance and physiological change of four wetland plants in constructed wetland-microbial fuel cells during non-growing seasons[J]. Yin Zhou,Dong Xu,Enrong Xiao,Dan Xu,Peng Xu,Xia Zhang,Qiaohong Zhou,Feng He,Zhenbin Wu. Journal of Environmental Sciences. 2018(08)
[4]生态浮床的改进设计及其性能比较研究[J]. 张择瑞,张学飞,郭婧,汪家权. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2018(04)
[5]两种沉水植物对上覆水和间隙水中各形态磷的影响[J]. 杨文斌,高顺峰,万锐,孙祥,王赢. 环境科学. 2018(05)
[6]致命的氮污染[J]. 赵鑫. 生态经济. 2017(11)
[7]湿地植物-沉积物微生物燃料电池产电及河流底泥修复[J]. 朱娟平,王健,张太平,陈志良,朱能武. 环境工程学报. 2017(06)
[8]微生物燃料电池中产电微生物的研究进展[J]. 张霞,肖莹,周巧红,吴振斌. 生物技术通报. 2017(10)
[9]波茨坦短芽孢杆菌异养硝化性能与关键酶活性研究[J]. 葛启隆. 太原学院学报(自然科学版). 2017(02)
[10]水生蔬菜型湿地植物对氮、磷营养盐的吸收动力学[J]. 韩璐瑶,吕锡武. 环境工程学报. 2017(05)
博士论文
[1]电流对生物—电化学反硝化工艺的影响机制[D]. 刘恒源.中国地质大学(北京) 2018
[2]人工湿地型微生物燃料电池同步降解偶氮染料与产电的特性及机理[D]. 方舟.东南大学 2017
[3]美味牛肝菌亚硝酸盐还原酶的研究[D]. 张薇薇.中国农业大学 2016
硕士论文
[1]同步硝化反硝化与反硝化除磷耦合强化脱氮除磷微生物特性研究[D]. 李寒.东南大学 2017
[2]双室微生物燃料电池脱氮与产电特性研究[D]. 于洋洋.长安大学 2017
[3]几种水生植物对富营养水体的净化效果研究[D]. 汪文强.西南大学 2016
[4]生物阴极型微生物燃料电池处理含盐氨氮废水及产电性能的研究[D]. 刘明.中国海洋大学 2015
[5]浮床植物—沉积物微生物燃料电池系统对底泥的修复研究[D]. 黄永芳.华南理工大学 2014
[6]珠江水体中氨氧化古菌亚硝酸盐还原酶和氨单加氧酶基因多样性研究[D]. 井洪珍.华南理工大学 2014
[7]不同工艺生态浮床技术对污染水体的净化效果、机制及示范研究[D]. 杨凤娟.暨南大学 2011
[8]十五里河氮磷形态及生态修复模拟研究[D]. 周楠楠.合肥工业大学 2010
[9]临江河填料人工浮床生态治理技术研究[D]. 肖华.重庆大学 2008
[10]近自然湿地处理污染河水的工艺特性研究[D]. 靖玉明.山东大学 2008
本文编号：3617948
【文章来源】：东南大学江苏省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线
第二章试验装置和方法7第二章试验装置和方法2.1试验装置如图2-1所示，阴极和阳极面积均为30cm×30cm，材质为两片石墨毡之间加一片不锈钢网，两极间距为10cm。导线采用“纳鞋底”的方式穿过石墨毡，并从石墨毡中心引出，阴极石墨毡厚度为2mm，采用空气阴极。阳极石墨毡厚度为10mm。阴阳极导线之间连接500Ω电阻，植物栽种在阴极上方，风车草茎部需固定，浮床采用PVC管制作，尺寸为35×35×30cm，水箱为PVC材质，尺寸为46.5×56.5×30cm。排水口高度与液面相同，取水口设置在距离装置底部1/3和2/3处。图2-1为本试验装置结构图，图2-2为本试验装置实物图。图2-1试验装置示意图
东南大学硕士学位论文8图2-2试验装置实物图2.2试验材料与仪器2.2.1试验材料试验采用的植物包括风车草、金鱼藻、凤眼莲、空心菜，电极采用石墨毡包裹不锈钢网片，外电阻500Ω，导线采用直径0.5mm钛丝，浮床框架采用PVC管搭建。试验用污泥取自江宁开发区污水处理厂二沉池，污泥初始浓度（MLSS）约42.5g·L-1。污泥分为两部分，接种至各系统阴极的污泥要进行为期一周的曝气饥饿处理，接种至各系统阳极的污泥要进行为期一个月的厌氧消化。2.2.2反应器运行条件反应器共设5组装置，装置采取人工挂膜的方式启动，启动阶段采用序批式进水，待装置启动成功后采用连续流进水，水力停留时间为2天。将凤眼莲均匀地布置在浮床上，随着运行时间的延长，植物会均匀生长在浮床上；对于风车草，需要在网片的网眼上插入植物；采用空心菜作为浮床植物时，先将购买的空心菜种子播种在土里育苗，等菜苗长到5cm再移栽至浮床上；金鱼藻直接放置于阴极上表面。不同植物组装置植物覆盖率均在80%左右。参考Yan等[39]利用单室MFC脱氮，在C/N比为3时COD去除及脱氮效果最好，人工配水水质C/N比确定为3.3。COD采用无水葡萄糖配制，NH4+-N采用氯化铵配制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]嗜碱盐单胞菌X3中异化型硝酸盐还原酶编码基因簇的功能验证及蛋白结构预测[J]. 王越,李秋芬,张艳. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]国内生态浮床原位修复复合强化技术研究进展[J]. 辛在军,魏国汶,姚忠,江成,吴永明. 北方园艺. 2019(03)
[3]Relationship between electrogenic performance and physiological change of four wetland plants in constructed wetland-microbial fuel cells during non-growing seasons[J]. Yin Zhou,Dong Xu,Enrong Xiao,Dan Xu,Peng Xu,Xia Zhang,Qiaohong Zhou,Feng He,Zhenbin Wu. Journal of Environmental Sciences. 2018(08)
[4]生态浮床的改进设计及其性能比较研究[J]. 张择瑞,张学飞,郭婧,汪家权. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2018(04)
[5]两种沉水植物对上覆水和间隙水中各形态磷的影响[J]. 杨文斌,高顺峰,万锐,孙祥,王赢. 环境科学. 2018(05)
[6]致命的氮污染[J]. 赵鑫. 生态经济. 2017(11)
[7]湿地植物-沉积物微生物燃料电池产电及河流底泥修复[J]. 朱娟平,王健,张太平,陈志良,朱能武. 环境工程学报. 2017(06)
[8]微生物燃料电池中产电微生物的研究进展[J]. 张霞,肖莹,周巧红,吴振斌. 生物技术通报. 2017(10)
[9]波茨坦短芽孢杆菌异养硝化性能与关键酶活性研究[J]. 葛启隆. 太原学院学报(自然科学版). 2017(02)
[10]水生蔬菜型湿地植物对氮、磷营养盐的吸收动力学[J]. 韩璐瑶,吕锡武. 环境工程学报. 2017(05)
博士论文
[1]电流对生物—电化学反硝化工艺的影响机制[D]. 刘恒源.中国地质大学(北京) 2018
[2]人工湿地型微生物燃料电池同步降解偶氮染料与产电的特性及机理[D]. 方舟.东南大学 2017
[3]美味牛肝菌亚硝酸盐还原酶的研究[D]. 张薇薇.中国农业大学 2016
硕士论文
[1]同步硝化反硝化与反硝化除磷耦合强化脱氮除磷微生物特性研究[D]. 李寒.东南大学 2017
[2]双室微生物燃料电池脱氮与产电特性研究[D]. 于洋洋.长安大学 2017
[3]几种水生植物对富营养水体的净化效果研究[D]. 汪文强.西南大学 2016
[4]生物阴极型微生物燃料电池处理含盐氨氮废水及产电性能的研究[D]. 刘明.中国海洋大学 2015
[5]浮床植物—沉积物微生物燃料电池系统对底泥的修复研究[D]. 黄永芳.华南理工大学 2014
[6]珠江水体中氨氧化古菌亚硝酸盐还原酶和氨单加氧酶基因多样性研究[D]. 井洪珍.华南理工大学 2014
[7]不同工艺生态浮床技术对污染水体的净化效果、机制及示范研究[D]. 杨凤娟.暨南大学 2011
[8]十五里河氮磷形态及生态修复模拟研究[D]. 周楠楠.合肥工业大学 2010
[9]临江河填料人工浮床生态治理技术研究[D]. 肖华.重庆大学 2008
[10]近自然湿地处理污染河水的工艺特性研究[D]. 靖玉明.山东大学 2008
本文编号：3617948
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